Марганец

Раздел ГРНТИ: Производство черных металлов и сплавов
Салли А.
Металлургиздат, 1958 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Салли А. Марганец
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАРГАНЦЕВЫХ РУД
 
Использование в металлургии.
Марганец в основ­ном используется при производстве обычных углеродистых и специальных сталей с высоким содержанием этого элемента. Потребление марганцевой руды определяется колебаниями ми­рового производства стали. Это положение иллюстрируется графиками рис. 2 [17], на котором приводятся данные о мировом производстве стали в 1920—1936 гг. и о мировой добыче марганцевой руды; отдельно даны сведения по странам британского влияния. При производстве стали марганец чаще все­го используется в качестве раскислителя и десульфуратора. Действуя как раскислитель, марганец восстанавливает окислы, железа и соединяется со свободным кислородом, способствуя таким образом получению относительно плотных слитков с мень­шим количеством газовых пузырей. Взаимодействие марганца с серой предотвращает образование сульфидов железа, повы­шенное количество которых служит причиной хрупкости, особен­но при горячей механической обработке. Окислы и сульфиды марганца образуют сравнительно жидкотекучий шлак, легко от­деляемый от металла. Марганец добавляют в количествах, пре­вышающих необходимое для раскисления и десульфурации, и таким образом происходит легирование стали марганцем, что обеспечивает ее повышенную прочность.
Марганец вводят в сталь также в виде ферросплавов, наибо­лее распространенный из которых — 80%-ный ферромарганец. Шпигель (зеркальный чугун) и чушковый марганцевый чугун используют в очень небольших количествах. В 1950 г., согласно данным Мельчера, американская промышленность израсходова­ла 703 945 тферромарганца   и только 69 201 τ Шпигеля.   Обыч­ный ферромарганец содержит 78—82% Μn; для специальных целей получают ферромарганец с более высоким содержанием марганца — до 95%. Шпигель обычно содержит 18—22% Μη. В электрических дуговых печах выплавляют также два других содержащих марганец сплава — силикомарганец и силикошпигель. Типичный химический состав этих сплавов следующий: а) силикомарганец: 55% Μη; 19% Fe; 25% Si; б) силикошпигель: 22% Μn; 65% Fe; 11% Si. Марганцевый чугун содержит 4—10% Μn.
Подсчитано [18], что с 1911 по 1930 г. расход марганца на каждую производимую тонну стали составил 5,68 кг. Это коли­чество, согласно данным Гровса, продолжает увеличиваться, так как в практике сталеварения общепринятым является вве­дение ферромарганца не в ковш, а в ванну, хотя при этом име­ются большие потери марганца (переход его в шлак). Расход марганца увеличивается также в связи с расширением номен­клатуры сталей, легируемых марганцем, и особенно специаль­ных сталей с высоким содержанием этого элемента.
В Англии железнодорожные рельсы изготовляют из стали, содержащей 0,9—1,2% Μη, причем существующая практика предусматривает ежегодное производство рельсов в количестве нескольких сотен тысяч тонн. Машиностроительная сталь, от ко­торой требуется высокая прочность, обычно содержит 1.3— 1,6% Μnв сочетании с другими элементами. Замечательными свойствами обладает высокомарганцовистая сталь, содержащая около 15% Μnи 1,25% С. Эта сталь была открыта Гадфильдом
и обычно известна под названием стали Гадфильда. Сталь име­ет аустенитную структуру и, следовательно, почти немагнитна, обладает высоким пределом прочности на растяжение после со­ответствующей термической обработки (96—112 кг/мм2) и прек­расным удлинением (50—70%). Сталь обнаруживает хорошую износостойкость в условиях работы на удар и используется в значительной степени для изготовления деталей экскаваторов и землечерпательных машин, железнодорожных крестовин и дру­гих деталей, работающих на износ в условиях ударных нагрузок, которым сталь также хорошо противостоит. Большое значение приобретает использование марганца в сплавах на нежелезной основе. Сплавы меди с марганцем нашли применение для изго­товления турбинных лопаток, марганцовистые бронзы использу­ются при производстве пропеллеров и других деталей, где необ­ходимо сочетание прочности и коррозионной устойчивости. Почти все промышленные алюминиевые и магниевые сплавы обычно содержат некоторое количество марганца. Сплавы ни­келя с марганцем используются для ряда специальных назна­чений, например при изготовлении запальных свечей.
 
Использование  марганца  вне  металлургиче­ской
промышленности.
Наиболее важное применение нашли окислы марганца при изготовлении электрических бата­рей. Для этих целей требуется пиролюзит высокого качества, который стоит гораздо дороже обычной руды, используемой для металлургических целей.
Двуокись марганца служит деполяризатором в гальваниче­ском элементе типа Лекланше. Следовательно, руда должна иметь по возможности высокое содержание окисла и быть сво­бодной от примесей, которые могут быть вредными для работы элемента. Растворимые примеси, электроотрицательные по от­ношению к цинку, такие, как медь, никель, кобальт и мышьяк, особенно вредны, так как при растворении они осаждаются на цинке, вызывают коррозию и порчу элемента. В этом отноше­нии особенно вредна медь. Если примеси присутствуют в нерас­творимой форме, то они с указанной выше точки зрения не вред­ны, но тем не менее приводят к увеличению сопротивления эле­мента, что также нежелательно. Окись железа инертна и допу­скается в качестве примеси в количествах до 3—4%; присутствие металлического железа нежелательно. Поэтому марганцевая руда для аккумуляторов проходит магнитную сепарацию для удаления железа. Пористые руды, имеющие большую удельную поверхность, предпочтительнее твердых и плотных, хотя послед­ние в ряде случаев могут .иметь повышенное содержание кис­лорода.
Обычно считают, что марганцевая руда для гальванических элементов должна содержать не меньше 84% двуокиси марган­ца; чаще всего содержание ее находится в пределах 85—90%. Однако руду с более низким содержанием двуокиси марганца также можно использовать в некоторых электрических устрой­ствах; так, Мельчер указывает, что руда для батарей, привезенная из Монтана, содержит в среднем 66% двуокиси марганца. Советские руды (Кавказ) содержат до 90% двуокиси марганца и 0,5% железа и имеют более высокое качество. Полагают, что перекисная руда Ганы может быть использована для ба­тарей, несмотря на то, что она обычно содержит 2—3% окиси железа.
Марганцевая руда используется также при производстве стекла и в керамической промышленности. При изготовлении стекла марганец применяют для уменьшения вредного действия железа, обычно присутствующего в применяемых песках. Вслед­ствие наличия железа образуется силикат железа, который при­дает стеклу зеленый оттенок. Этот оттенок можно удалить, до­бавляя к стеклу двуокись марганца. Аналогичное действие ока­зывают соединения никеля, кобальта или селена, но предпочи­тают двуокись марганца из-за ее относительной дешевизны. Ко­личество двуокиси марганца, вводимой в стекло, зависит от содержания железа в сырых материалах; обычно оно колеблет­ся от 900 гдо 6.7 кгна 450 кгпеска. Марганцевая руда, исполь­зуемая при производстве стекла, обычно содержит 85—90% двуокиси марганца и менее 1% железа; для получения стекла высокого качества иногда требуется руда с содержанием больше 90% двуокиси марганца и меньше 0,5% железа.
В случае, если двуокись марганца добавляют с избытком, стекло приобретает желтовато-зеленый цвет. При еще большем избытке двуокиси марганца стекло приобретает черный цвет; это свойство используют для получения темных и непрозрачных стекол, применяемых в декоративных целях. Такие стекла со­держат около 3%) двуокиси марганца.
В керамической промышленности двуокись марганца при­меняют для производства коричневых, темно-красных и черных глазурей, а также для изготовления цветного кафеля и кирпича.
Окислы марганца, его соли и органические соединения наш­ли значительное применение в красильной и полиграфической промышленности, где их используют в качестве маслопоглотителей.
Наконец, марганцевые соединения используют как красящие вещества, для производства иода, в химической промышлен­ности, в качестве окислителя при производстве органических соединений и в сельском хозяйстве, так как марганец является важным элементом для питания растений.